RU2781602C1 - Spatially flat platform spherical manipulator - Google Patents
Spatially flat platform spherical manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781602C1 RU2781602C1 RU2021124758A RU2021124758A RU2781602C1 RU 2781602 C1 RU2781602 C1 RU 2781602C1 RU 2021124758 A RU2021124758 A RU 2021124758A RU 2021124758 A RU2021124758 A RU 2021124758A RU 2781602 C1 RU2781602 C1 RU 2781602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working body
- movable platform
- platform
- support base
- manipulator
- Prior art date
Links
- 238000004805 robotic Methods 0.000 claims description 3
- 230000002441 reversible Effects 0.000 claims description 2
- 230000001429 stepping Effects 0.000 claims 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, и в частности к платформенным механизмам параллельной структуры, и может найти применение в автоматических линиях, обрабатывающих центрах и роботах-манипуляторах.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to platform mechanisms of a parallel structure, and can be used in automatic lines, machining centers and robotic arms.
Известен платформенный манипулятор, содержащий опорное основание и кинематически связанную с ним подвижную платформу рабочего органа и выполненный с приводом от 6 двигателей через 12 сферических шарниров (книга Вульфсон И.И. и др. «Механика машин», Москва: Высшая школа, 1996, с. 28, рис. 1.20) - аналог.A well-known platform manipulator contains a support base and a movable platform of the working body kinematically connected to it and is made with a drive from 6 engines through 12 spherical joints (book by Vulfson I.I. and others. "Mechanics of Machines", Moscow: Higher School, 1996, p. .28, Fig. 1.20) - analogue.
Недостатками известного платформенного манипулятора являются сложность конструкции и системы управления одновременно всеми шестью приводными двигателями.The disadvantages of the known platform manipulator are the complexity of the design and control system simultaneously with all six drive motors.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является платформенный манипулятор, содержащий опорное основание, кинематически связанно через шарнирно-рычажное устройство со сферическими шарнирами и тремя приводными вращательными двигателями с подвижной платформой с закрепленным на ней рабочим органом (статья Мирзаев Р.А. и др. «Исследование кинематики манипулятора параллельной структуры» (дельта-механизм)» // Вестник Сибирского госуд. аэрокосм. ун-та, 2012, Вып. 4, стр. 46-50, рис. 1 и рис. 4) – прототип с числом степеней свободы W = 3.Closest to the proposed invention is a platform manipulator containing a support base, kinematically connected through a hinged-lever device with spherical joints and three rotary drive motors with a movable platform with a working body fixed on it (article Mirzaev R.A. and others. "Study of kinematics parallel structure manipulator "(delta mechanism)" // Bulletin of the Siberian State Aerospace University, 2012, Issue 4, pp. 46-50, Fig. 1 and Fig. 4) - a prototype with the number of degrees of freedom W = 3.
Недостатками указанного платформенного манипулятора являются сложность конструкции (из-за применения сложных в изготовлении и сборке сферических шарниров), сложная система управления жестко закрепленными на подвижной платформе рабочим органом (из-за связанной кинематики движения такого рабочего органа), а также ограниченное до нуля конусообразное рабочее пространство (представленное на рис. 4 в упомянутой статье Мирзаева Р.А. и др.).The disadvantages of this platform manipulator are the design complexity (due to the use of spherical hinges that are difficult to manufacture and assemble), a complex control system for a working body rigidly fixed on a movable platform (due to the associated kinematics of the movement of such a working body), as well as a cone-shaped working body limited to zero. space (shown in Fig. 4 in the mentioned article by Mirzaeva R.A. and others).
Решаемая техническая задача заключается в упрощении конструкции и расширении рабочего пространства манипулятора за счет подвижной установки рабочего органа на перемещаемой платформе через простые цилиндрические шарниры, а также за счет увеличения числа степеней свободы манипулятора с реализацией раздельной кинематики движений его приводов.The technical problem to be solved is to simplify the design and expand the working space of the manipulator due to the movable installation of the working body on the moving platform through simple cylindrical hinges, as well as by increasing the number of degrees of freedom of the manipulator with the implementation of separate kinematics of the movements of its drives.
Получение технического результата достигается за счет того, что подвижная платформа манипулятора связана с опорным основанием посредством замкнутой кинематической цепи рычажных звеньев, содержащей цилиндрические шарниры с пересекающимися между собой осями углового поворота и установленной в сочетании с кинематической связью рабочего органа с подвижной платформой, выполненной в виде замкнутой кинематической цепи рычажных звеньев, содержащей цилиндрические шарниры с параллельными между собой осями углового поворота.Obtaining a technical result is achieved due to the fact that the movable platform of the manipulator is connected to the support base by means of a closed kinematic chain of lever links, containing cylindrical hinges with intersecting axes of angular rotation and installed in combination with the kinematic connection of the working body with the movable platform, made in the form of a closed kinematic chain of lever links containing cylindrical hinges with parallel axes of angular rotation.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.The essence of the invention is illustrated by the drawings in Fig. 1, fig. 2 and FIG. 3.
На фиг. 1 изображен общий вид платформенного сферического манипулятора, содержащего опорное основание 1, кинематически связанное с подвижной платформой 2 и рабочим органом 3 посредством приводного шарнирно-рычажного устройства, представляющего общую сборку замкнутой кинематической цепи, содержащей цилиндрические шарниры с пересекающимися между собой осями углового поворота, совместно пересекающимися между собой осями углового поворота, совместно с замкнутой кинематической цепью, содержащей цилиндрические шарниры с параллельными между собой осями углового поворота.In FIG. 1 shows a general view of a platform spherical manipulator containing a support base 1 kinematically connected to a movable platform 2 and a working body 3 by means of a drive hinged-lever device, representing the general assembly of a closed kinematic chain containing cylindrical hinges with intersecting axes of angular rotation, jointly intersecting between themselves by axes of angular rotation, together with a closed kinematic chain containing cylindrical hinges with parallel axes of angular rotation.
Кинематическая связь между подвижной платформой 2 и опорным основанием 1 выполнена в виде пространственного восьмизвенного сферического шарнирного механизма с тремя степенями свободы, снабженного тремя приводными вращательными кинематическими парами O1, O2 и O3 и содержащего все вращательные кинематические пары O1, O2, O3, O4, O5, O6, А, В и С с осями углового поворота, которые пересекаются между собой в одной точке S, расположенной между опорным основанием 1 и подвижной платформой 2 и определяющей направление вращения двухшарнирных рычагов 4, 5, 6. 7, 8, 9.The kinematic connection between the movable platform 2 and the support base 1 is made in the form of a spatial eight-link spherical hinge mechanism with three degrees of freedom, equipped with three drive rotational kinematic pairs O 1 , O 2 and O 3 and containing all rotational kinematic pairs O 1 , O 2 , O 3 , O 4 , O 5 , O 6 , A, B and C with axes of angular rotation that intersect each other at one point S, located between the support base 1 and the movable platform 2 and which determines the direction of rotation of the double-articulated
Кинематическая связь между рабочим органом 3 и подвижной платформой 2 выполнена в виде плоского пятизвенного шарнирного механизма с одной степенью свободы, в котором соединение рабочего органа 3 с подвижной платформой 2 выполнено в виде трех параллельно установленных между собой кривошипов 10, 11 и 12 одинаковой длины, из которых кривошип 11 снабжен приводной вращательной кинематической парой N, установленной на платформе 2, а все вращательные кинематические пары этого шарнирного механизма выполнены с параллельными между собой осями углового поворота, расположенными под одинаковым углом к плоскости упомянутой подвижной платформы, например, под углом, равным 90 градусов.The kinematic connection between the working body 3 and the movable platform 2 is made in the form of a flat five-bar hinged mechanism with one degree of freedom, in which the connection of the working body 3 with the movable platform 2 is made in the form of three
Представленный на фиг. 1 платформенный манипулятор обладает четырьмя степенями свободы (W=4) перемещения рабочего органа 3.Shown in FIG. 1 platform manipulator has four degrees of freedom (W=4) to move the working body 3.
На фиг. 2 представлен вариант выполнения платформенного сферического манипулятора, в котором рабочий орган 3 выполнен в виде шарнирно установленного на подвижной платформе 2 двухпозиционного зажимного устройства, содержащего двухшарнирный кривошип ОМ, который одним концом соединен с подвижной платформой 2 через приводную вращательную кинематическую пару «О», другой конец кривошипа ОМ через многократный цилиндрический шарнир М сблокирован с попарно установленными между собой параллелограммным OMG1K1 и антипараллелограммным MP1K1G1 механизмами, а также с другим аналогичными параллелограммным OMG2K2 и антипараллелограммным MP1K1G1 механизмами.In FIG. 2 shows an embodiment of a platform spherical manipulator, in which the working body 3 is made in the form of a two-position clamping device pivotally mounted on a movable platform 2, containing a double-hinged crank OM, which at one end is connected to the movable platform 2 through a drive rotational kinematic pair "O", the other end crank OM through a multiple cylindrical hinge M is interlocked with pairwise installed between a parallelogram OMG 1 K 1 and antiparallelogram MP 1 K 1 G 1 mechanisms, as well as with other similar parallelogram OMG 2 K 2 and antiparallelogram MP 1 K 1 G 1 mechanisms.
На шатунах MGl, MPl и MG2, MP2 закреплены зажимные элементы для одновременного зажима одного из объектов (например, в виде заготовки) через шатуны MG2 и MP2, происходящего совместно с освобождением от зажима другого объекта (например, в виде готовой детали) через расходящиеся шатуны MG1 и МР1.Clamping elements are fixed on the connecting rods MG l , MP l and MG 2 , MP 2 for simultaneous clamping of one of the objects (for example, in the form of a workpiece) through the connecting rods MG 2 and MP 2 , which occurs together with the release of another object from the clamp (for example, in the form finished part) through divergent connecting rods MG 1 and MP 1 .
Опорное основание 1 снабжено приводной двухподвижной кинематической парой 14, выполненной в виде подвижного гидроцилиндра или двухподвижного самотормозящегося винтового механизма с возможностью осуществления углового поворота и поступательного перемещения опорного основания 1 относительно вертикальной оси для образования многопозиционного схвата робота-манипулятора, перемещающегося по сферической поверхности.The support base 1 is equipped with a two-moving
На фиг. 3 представлен вариант выполнения платформенного сферического манипулятора, в котором кинематическая связь между рабочим органом 3 и подвижной платформой 2 выполнена в виде пространственного пятизвенного шарнирного механизма с одной степенью свободы, в котором все вращательные кинематические пары выполнены с параллельными между собой осями углового поворота, расположенными в плоскости платформы 2. Рабочий орган 3 подвижно соединен с платформой 2 через три параллельно установленных между кривошипа 10, 11 и 12 одинаковой длины NM=ED=TQ, из которых кривошип 11 снабжен приводной вращательной кинематической парой N для образования платформенного манипулятора с круговым поступательным движением рабочего органа постоянной ориентации.In FIG. 3 shows an embodiment of a platform spherical manipulator, in which the kinematic connection between the working body 3 and the movable platform 2 is made in the form of a spatial five-link hinged mechanism with one degree of freedom, in which all rotational kinematic pairs are made with angular rotation axes parallel to each other, located in the plane platform 2. The working body 3 is movably connected to the platform 2 through three
Манипулятор снабжен поворотной платформой 13, выполненной с возможностью осуществления шагового поворота от реверсивного вращательного двигателя, а опорное основание 1 установлено на упомянутой поворотной платформе 13. The manipulator is equipped with a turntable 13, made with the possibility of performing a step turn from a reversible rotary engine, and the support base 1 is installed on the said turntable 13.
Работа представленного платформенного манипулятора заключается в следующем.The work of the presented platform manipulator is as follows.
Заданное движение входных звеньев (указанное стрелками на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3) для разных вариантов выполнения приводного шарнирно-рычажного устройства комбинированного платформенного манипулятора приводит к движению рабочего органа на выходе по сферической поверхности с увеличенным до пяти (W=5) числом степеней свободы с реализацией раздельной кинематики этих движений в расширенном рабочем пространстве.The specified movement of the input links (indicated by arrows in Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3) for different versions of the drive articulated-lever device of the combined platform manipulator leads to the movement of the working body at the output along the spherical surface with increased to five (W=5 ) the number of degrees of freedom with the implementation of separate kinematics of these movements in an extended working space.
Достигаемый в предлагаемом платформенном манипуляторе положительный эффект заключается в упрощении конструкции и системы управления, а также расширении рабочего пространства и функциональности манипулятора на основе увеличения числа степеней свободы рабочего органа с применением только простых цилиндрических шарниров.The positive effect achieved in the proposed platform manipulator is to simplify the design and control system, as well as to expand the working space and functionality of the manipulator by increasing the number of degrees of freedom of the working body using only simple cylindrical hinges.
Claims (7)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2781602C1 true RU2781602C1 (en) | 2022-10-14 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117260988A (en) * | 2023-09-06 | 2023-12-22 | 中国矿业大学 | Multi-parallel optical mirror surface processing device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4878393A (en) * | 1988-05-27 | 1989-11-07 | Oprea Duta | Dextrous spherical robot wrist |
US4976582A (en) * | 1985-12-16 | 1990-12-11 | Sogeva S.A. | Device for the movement and positioning of an element in space |
RU110326U1 (en) * | 2011-04-04 | 2011-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина" | SPATIAL SPHERICAL MECHANISM WITH THREE DEGREES OF FREEDOM |
RU2730345C1 (en) * | 2020-01-23 | 2020-08-21 | Владимир Иванович Пожбелко | Spherical v-manipulator |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4976582A (en) * | 1985-12-16 | 1990-12-11 | Sogeva S.A. | Device for the movement and positioning of an element in space |
US4878393A (en) * | 1988-05-27 | 1989-11-07 | Oprea Duta | Dextrous spherical robot wrist |
RU110326U1 (en) * | 2011-04-04 | 2011-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина" | SPATIAL SPHERICAL MECHANISM WITH THREE DEGREES OF FREEDOM |
RU2730345C1 (en) * | 2020-01-23 | 2020-08-21 | Владимир Иванович Пожбелко | Spherical v-manipulator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117260988A (en) * | 2023-09-06 | 2023-12-22 | 中国矿业大学 | Multi-parallel optical mirror surface processing device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2252437B1 (en) | Two degree-of-freedom parallel manipulator | |
CA2574788A1 (en) | Parallel robot comprising means for setting in motion a mobile element split in two separate subassemblies | |
JP4125960B2 (en) | Industrial robot | |
CN113543942B (en) | Parallel mechanism with kinematic redundant drive | |
WO2019011020A1 (en) | Parallel mechanism having two degrees of planar movement freedom | |
EP1684950A1 (en) | Parallel kinematics mechanism with a concentric spherical joint | |
CN108274486B (en) | Modularized robot end effector, reconstruction method and grabbing method thereof | |
RU2730345C1 (en) | Spherical v-manipulator | |
RU2781602C1 (en) | Spatially flat platform spherical manipulator | |
RU186575U1 (en) | SPATIAL MECHANISM | |
CN113829332B (en) | Four-degree-of-freedom parallel robot mechanism with three movements and one rotation | |
RU2758607C1 (en) | Platform manipulator | |
Chablat et al. | Dynamics of the orthoglide parallel robot | |
RU2758392C1 (en) | Spatial g-robot | |
Ma et al. | Design, Simulation and Implementation of a 3-PUU Parallel Mechanism for a Macro/mini Manipulator. | |
RU2758391C1 (en) | Relative manipulation platform | |
RU2753064C1 (en) | Pivot mechanism | |
RU2760516C1 (en) | Forging manipulator | |
CN106695766B (en) | Six-degree-of-freedom parallel device based on grabbing parallel mechanism | |
Company et al. | Simplified dynamic modelling and improvement of a four-degree-of-freedom pick-and-place manipulator with articulated moving platform | |
RU2758374C1 (en) | Spatial relative manipulator | |
RU2804700C1 (en) | Folding multi-arm robot manipulator | |
Shayya et al. | A novel (3T-2R) parallel mechanism with large operational workspace and rotational capability | |
Harada | How to Expand the Workspace of Parallel Robots | |
RU2207461C1 (en) | Adjustable spatial leverage |